日前,格力從功率密度、齒槽轉(zhuǎn)矩、電流環(huán)設(shè)計等三方面入手,自主研發(fā)出工業(yè)機器人用高性能伺服電機,該電機被科技成果鑒定會專家組評審為:總體技術(shù)達到“國際先進”水平,其功率密度、過載能力等性能指標(biāo)達到“國際領(lǐng)先”水平。
伺服電機一般安裝在機器人的“關(guān)節(jié)”處,機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動離不開伺服系統(tǒng),關(guān)節(jié)越多,機器人的柔性和精準(zhǔn)度越高,需要使用的伺服電機的數(shù)量也就越多。2003-2017年,全球工業(yè)機器人持續(xù)快速增長。2013年以來,我國一躍成為全球最大的工業(yè)機器人消費國。隨著機器人的廣泛應(yīng)用,助力機器人實現(xiàn)精確定位和運動的伺服電機也迎來了迅猛發(fā)展。
近年來,我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)獲得了長足發(fā)展,主要集中在本體和集成端,其核心零部件仍大部分依靠進口,這極大地制約了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)世界機器人聯(lián)合會統(tǒng)計,減速器、控制器和伺服電機三大核心零部件是工業(yè)機器人最重要的組成部分,成本占比分別為36%、12%、24%。
伺服電機是一種補助馬達間接變速裝置,在伺服系統(tǒng)中控制機械元件的運轉(zhuǎn),可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確,可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象,相當(dāng)于工業(yè)機器人的“神經(jīng)系統(tǒng)”。
工業(yè)機器人對伺服電機有著極為嚴格的要求:快速響應(yīng),起動轉(zhuǎn)矩慣量比大,控制特性的連續(xù)性和直線性,體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短,能經(jīng)受苛刻的運行條件等。
目前,工業(yè)機器人使用的較多的是交流伺服系統(tǒng),國內(nèi)伺服電機高端市場主要被日本和歐美的外企占據(jù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,國外品牌在中國交流伺服市場份額達到了80%左右。其中,日系產(chǎn)品以50%左右的市場份額居首,歐系品牌整體市場份額在30%左右,而國內(nèi)企業(yè)整體份額不足10%。
由于日系伺服電機的技術(shù)和性能都比較貼合我國客戶的需求,國產(chǎn)伺服電機大多是仿制日系伺服電機設(shè)計,功率多在3kW以內(nèi),以中小功率居多,而5.5~15kW的中大功率伺服電機則比較少。
近年來,受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響,我國伺服電機自主配套能力已現(xiàn)雛形,產(chǎn)品功率范圍大多在22kW以內(nèi),較大規(guī)模的伺服品牌有20余家。據(jù)統(tǒng)計,2016年我國伺服電機行業(yè)相關(guān)專利申請數(shù)量達14058項,相較于2010年,其年復(fù)合增長率高達31.68%。
《2015-2019年全球工業(yè)機器人伺服電機行業(yè)報告》預(yù)計到2019年,中國市場對伺服電機的需求將達到18.2萬臺。行業(yè)專家預(yù)計,到2020年我國工業(yè)機器人用伺服系統(tǒng)市場規(guī)模將達47億元左右,未來5年復(fù)合增長率約達35%。
有專家表示,信號接插件的可靠性是伺服電機的核心技術(shù)之一。因此,國產(chǎn)伺服需要持續(xù)改進接插件可靠性技術(shù),朝著小型化、高密度化與伺服電機本體的集成設(shè)計方向發(fā)展,以方便安裝、調(diào)試、更換。
高精度的編碼器也是伺服電機的核心技術(shù)之一,尤其工業(yè)機器人上用的多圈絕對值編碼器技術(shù)大多依賴進口,嚴重制約著我國高檔伺服系統(tǒng)的發(fā)展。同時,高檔機器人要求伺服電機朝著小型化方向發(fā)展,因此編碼器的小型化也將是發(fā)展趨勢之一。
此外,國內(nèi)正逐步加強伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究,包括絕對值編碼器技術(shù)、高端電機的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標(biāo)的實用性驗證和考核標(biāo)準(zhǔn)的制定、伺服系統(tǒng)各部分產(chǎn)業(yè)協(xié)同聯(lián)合等,這些都需要國內(nèi)伺服系統(tǒng)行業(yè)的核心零部件企業(yè)去創(chuàng)新、改進和完善。
《中國制造2025》規(guī)劃總體部署了機器人伺服電機的目標(biāo):到2020年,性能、精度、可靠性達到國外同類產(chǎn)品水平。因此,在國內(nèi)伺服電機的自主研發(fā)方面,我國還需加大對關(guān)鍵技術(shù)的投入和研發(fā),提高零部件自給率,整合現(xiàn)有研發(fā)資源,盡快形成一批技術(shù)研發(fā)實驗室、工程中心、企業(yè)技術(shù)中心、整機及關(guān)鍵零部件檢測中心等,同時培育自主知識產(chǎn)權(quán)品牌,將國內(nèi)伺服電機產(chǎn)業(yè)做大做強。